并发编程核心知识

📕我是廖志伟，一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》（基础篇）、（进阶篇）、（架构篇）清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、优快云博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。

📘拥有多年一线研发和团队管理经验，研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper)，消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。

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一、并发编程知识体系

线程基础

在并发编程中，线程是程序执行的最小单位，是现代操作系统实现并发处理的核心。理解线程的基础知识对于构建高效并发程序至关重要。

线程生命周期：线程从创建到销毁会经历多个状态，包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）。线程状态的转换是由线程的调度策略和操作系统内核来控制的。例如，当线程执行I/O操作时，可能会进入阻塞状态，当I/O操作完成时，线程会被唤醒进入就绪状态。

线程优先级：线程优先级决定了线程在资源有限时的调度顺序。在Java中，线程优先级分为1到10共10个等级，优先级高的线程有更大的机会被CPU调度。然而，线程优先级只是给线程调度提供了一种建议，并不保证一定能够得到满足。

守护线程：守护线程是服务线程，它们在后台运行，为其他线程提供服务。当所有非守护线程结束时，Java虚拟机（JVM）会退出。守护线程通常用于处理一些不需要立即响应的任务，例如垃圾回收。

线程池：线程池是一种管理线程的机制，它可以减少线程创建和销毁的开销，提高应用程序的响应速度。线程池的核心参数包括核心线程数、最大线程数、存活时间、队列类型等。线程池通常采用工作队列来存储等待执行的任务，常用的队列类型有：同步队列、链表队列、阻塞队列等。

拒绝策略：当线程池达到最大容量时，拒绝策略决定了如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略有：AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃最旧任务）。

工作队列类型：线程池的工作队列决定了任务如何存储和调度。不同的队列类型适用于不同的场景，例如，同步队列适用于对任务执行顺序有严格要求的场景，链表队列适用于任务执行顺序可以灵活调整的场景。

同步机制：同步机制确保在多线程环境下，共享资源在任一时刻只能被一个线程访问。Java提供了多种同步机制，包括synchronized关键字、Lock接口及其实现类、信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、读写锁（ReadWriteLock）等。

悲观锁/乐观锁

悲观锁：悲观锁假设并发操作会引起数据冲突，因此对数据采取加锁的方式，确保在同一时刻只有一个线程可以操作数据。常见的悲观锁实现有：Java中的synchronized关键字、ReentrantLock等。

乐观锁：乐观锁假设数据在并发环境下不会发生冲突，因此在更新数据时，仅在更新后检查数据是否有变化，如果没有变化，则进行更新。常见的乐观锁实现有：版本号机制、时间戳机制等。

读写锁

读写锁允许多个读线程同时访问资源，但写线程必须独占资源。读写锁可以提高并发性能，尤其是在读多写少的场景中。Java中的读写锁实现有：ReentrantReadWriteLock。

条件变量

条件变量允许线程在某个条件成立之前挂起，直到条件成立时被唤醒。条件变量通常与Lock接口一起使用，例如：ReentrantLock中的Condition接口。

并发集合

并发集合是为了在并发环境中安全地使用集合而设计的，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。这些集合通过使用内部锁或分段锁等技术，确保了线程安全。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java并发包中的一个线程安全的HashMap实现，它通过分段锁（Segment Locking）提高了并发性能。ConcurrentHashMap将数据存储在多个段中，每个段都有自己的锁，从而降低了锁的竞争。

CopyOnWrite容器

CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是线程安全的动态数组，它们在每次修改操作时都会创建一个新的副本。这种机制适用于读多写少的场景，因为它避免了读写锁的开销。

BlockingQueue

BlockingQueue是一个线程安全的队列，它支持阻塞操作，即当队列满时，生产者线程会等待；当队列空时，消费者线程会等待。常见的阻塞队列实现有：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。

并发工具类

Phaser：Phaser是一种灵活的同步工具，它允许线程在某个点进行同步。Phaser类似于CyclicBarrier，但它提供了更灵活的同步机制，例如，线程可以在任何时间点调用arriveAndDeregister方法来取消注册。

Exchanger：Exchanger允许两个线程交换数据。当两个线程都准备好交换数据时，它们会通过Exchanger进行交换。

FutureTask：FutureTask是Future接口的实现，它允许异步执行任务。FutureTask可以用于获取异步任务的执行结果，以及取消任务等操作。

非阻塞算法

非阻塞算法通过原子操作和内存屏障等技术，实现无锁编程。原子操作是保证操作在单个步骤中完成的操作，例如Java中的AtomicInteger类提供的compareAndSet方法。内存屏障是一种同步机制，它可以保证内存操作的顺序。

CAS原理

比较并交换（Compare-And-Swap，CAS）是一种无锁算法，它通过原子操作保证数据的一致性。CAS操作包括三个操作数：内存位置、预期值和新值。如果内存位置的值与预期值相等，则将新值写入内存位置，否则不执行任何操作。

Atomic类

Atomic类提供了一系列原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类提供了各种原子操作，例如加法、减法、比较和交换等。

无锁队列

无锁队列通过CAS操作实现线程安全，避免了锁的开销。无锁队列适用于高并发场景，因为它不需要进行线程同步。

并发框架

Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，一个Boss线程负责处理连接，多个Worker线程负责处理读写操作。这种模型可以提高并发性能，因为Boss线程和Worker线程可以并行处理任务。

Akka Actor模型：Akka采用Actor模型，每个Actor是一个独立的线程，它们通过消息传递进行通信。Actor模型可以提高系统的可扩展性和容错性。

Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区和序列化发布机制，提供高性能的并发编程框架。Disruptor适用于高并发场景，因为它可以提供极低的延迟和极高的吞吐量。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过映射文件或注解将Java对象与数据库表进行映射。这种映射关系定义了Java对象属性与数据库表列之间的对应关系。

注解映射

MyBatis提供了多种注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，用于定义SQL语句。这些注解可以简化SQL语句的定义，提高代码的可读性。

结果集映射

MyBatis可以将数据库表中的数据映射到Java对象中。这种映射关系定义了数据库表列与Java对象属性之间的对应关系。

关联查询

MyBatis支持关联查询，可以将多个表的数据映射到同一个Java对象中。关联查询可以通过一对一、一对多、多对多等方式实现。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态构建SQL语句。动态SQL可以通过<if>、<choose>、<when>、<otherwise>等标签实现。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于访问对象属性和执行操作。OGNL表达式可以用于动态SQL语句中，实现动态参数传递等功能。

分支语句

MyBatis支持分支语句，可以根据条件执行不同的SQL片段。分支语句可以通过<if>、<choose>、<when>、<otherwise>等标签实现。

批量操作

MyBatis支持批量操作，可以提高数据库操作的效率。批量操作可以通过<foreach>标签实现。

缓存机制

MyBatis提供了两级缓存机制，包括一级缓存和二级缓存。

一级缓存：一级缓存是SqlSession级别的缓存，用于缓存最近执行查询的结果。当执行查询时，MyBatis会先检查一级缓存，如果缓存中有对应的数据，则直接返回结果，否则执行查询并将结果存入一级缓存。

二级缓存：二级缓存是全局缓存，用于缓存应用级别的数据。二级缓存可以跨SqlSession共享数据，适用于数据变更不频繁的场景。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存，通过实现Cache接口实现。自定义缓存可以实现更复杂的缓存策略，例如，根据数据类型、数据版本等条件进行缓存。

代理模式

MyBatis使用代理模式隐藏数据库操作细节，简化开发。MyBatis通过动态代理技术，在运行时生成代理对象，实现Mapper接口。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis的内部代理类，用于代理Mapper接口。MapperProxy实现了InvocationHandler接口，可以拦截对Mapper接口方法的调用，执行相应的数据库操作。

插件拦截

MyBatis允许通过插件拦截SQL执行过程，实现自定义功能。插件可以拦截SQL语句的执行、结果集的处理等操作。

动态代理执行流程

MyBatis通过动态代理技术，在运行时生成代理对象，实现Mapper接口。当调用Mapper接口的方法时，动态代理对象会拦截该调用，执行相应的数据库操作。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。SqlSession通常在应用程序中使用单例模式，以确保线程安全。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor和BatchExecutor，用于执行SQL语句。不同的执行器类型适用于不同的场景，例如，SimpleExecutor适用于简单查询，ReuseExecutor适用于需要重用预处理语句的场景。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联数据。延迟加载可以提高应用程序的启动速度，并减少数据库的访问压力。

扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，允许自定义类型处理器、拦截器链和方言支持。通过扩展机制，可以扩展MyBatis的功能，满足不同的需求。

通过以上知识点的串联，我们可以更好地理解并发编程和MyBatis的原理和应用。在实际开发中，结合这些知识点，我们可以构建高性能、可扩展的并发程序和数据库访问层。

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